基于PLC的高性能电热锅炉控制系统

２００６年第１０期福建电脑１２１

基于ＰＬＣ的高性能电热锅炉控制系统

龚海舟，林荣文，贺志超

（福州大学电气工程与自动化学院福建福州３５０００２）

【摘要】：在简要介绍电热锅炉的基础上，介绍了一种高性能的电热锅炉控制系统。对其系统功能及软，硬件的设计进行详细的探讨，给出了流程图。并在控制方法上采用了分段控制的方式，引入了”回差”的概念，来控制投切的电热管数量，从而达到较优的控温效果。

【关键字】：电热锅炉人机界面分段控制回差

Ｏ．引言

随着环境保护力度的加大．推广洁净能源成为环保部门处理环境污染的重要举措．同时随着我国电力企业的迅速发展和人民生活水平的不断提高，家用电器大量进入家庭，居民和商业用电比例急剧增大。再加上一些企业生产轮班制的改革．加大了高峰负荷，电网的峰谷差进一步拉大。也就是说．用电高峰负荷过高，深夜低谷又无人用电。由于我国电网调峰能力严重不足，从而直接影响供电安全和质量，所以为合理利用资源．优化配置，电力部门鼓励使用低谷电，开发低谷电力市场．一些电网已开始实行分时制电价．所有这些都为发展电热锅炉创造了一个极好的机遇。

１．电热锅炉现状

电热锅炉是将电能转换为热能的能量转换装置．具体讲就是：以电能为能源，利用电热管、电热棒等金属电阻或者碳纤维膜等非金属电阻，以及电极式水介质电阻ｆ统称为电阻式电热技术），将电能转换为热能。直接或间接将水加热．直到汽化。这种能量转换装置，就称之为电热锅炉。

电热锅炉与其它燃料锅炉相比．有如下特点：

（１）无污染，是锅炉中最洁净的锅炉，属环保型清洁能源。主要表现在：无噪音；无需储煤场地，环境清洁；无需设置烟囱，不产生任何有害气体：不排放污水和废渣。

（２）是结构最简单的一种锅炉，实际上只有”锅”没有”炉”，只是一个装有加热元件的压力容器。

（３）启动、停炉操作简单、方便，迅速达到额定状态，可实现全自动无人操作。

（４）维修简单。全部零件可以单件调换．即使有部分加热元件发生故障．仍可继续正常运行。

（５）负荷变化时，电热元件组数可自动切换，以保证适应负荷变化的需要。电热元件组数按”先通先断”原则进行控制，以保证各加热元件的使用寿命均衡。

旧利用单一电能满足全年的采暖和空调，热效率高达９８％以上。

电热锅炉大致可分为电热管电热锅炉、电热棒电热锅炉、电极式电热锅炉、电热板电热锅炉、感应式电热锅炉五类。在控制上电热锅炉与燃煤、燃油锅炉有很大的不同。由于起步较晚，国内电热锅炉的控制水平不高．主要表现在算法简单、粗糙。造成温度控制效果不佳。易产生输出控制量的振荡。系统压力不稳的现象。而且自动化程度不高。

本课题就针对以上出现的问题．进行某些方面的改进。２．系统功能及系统硬件配置

２．１本文介绍的所开发电热锅炉控制系统有以下主要功能：（１）电热管根据用户设定温度循环投入和退出，先投入先退出：

（２）多重保护。对炉水温度，水箱温度，低水位，高水位等进行监控，实现多重保护：

（３）运行时间控制功能；

（４）多种运行方式选择功能。有正常模式，特殊模式等运行方式：

（５）多参数设定和显示功能；

（６）联网功能，系统留有和上位机的标准通讯接口；

（７）循环泵的控制，要求两台循环泵交替运行。

２．２系统硬件配置

图ｌ所示是电热锅炉控制系

统的硬件配置图。

系统硬件采用三菱

ＦＸｌＮ＿４０ＭＲＰＬＣ及其配

套模块。ＦｘｌＮＰＬＣ是目前

小型ＰＬＣ中较有代表性的一

种，它软硬件资源丰富，通讯

功能强大．价格也较低廉．在

工控方面应用较广。该型号

ＣＰＵ为２４点输入．１６点输图ｌ硬件配置图

出的主机单元。完全满足５组电热管锅炉控制系统的要求。

Ｆｘ２Ｎ＿４ＡＤ—ＰＴ为热电阻输入模块。该模块具有４路输入通道，可满足一般的锅炉测温的路数要求。并且该模块使用方便．只要一条Ｔ蛳＇ＲＯＭ指令就可以完成对温度的采集。

触摸屏采用的是三菱的Ｆ９４０－ＳＷＤ—Ｃ型彩色触摸屏。该屏是Ｓ１１Ｎ８色ＬＣＤ，显示清晰，功能强大。它既可以显示从现场经ＰＬＣ传递来的各种信息．又可设定和修改参数．为ＰＬｃ控制系统提供了一种很好的人机界面解决方案。本系统通过Ｆ９４０－ＳＷＤ—Ｃ可以设定下列参数：

（１）运行时段的设定（分时段设定锅炉运行的时间和温度）；

（２）实时时钟设定（与ＰＩＣ同步）；

（３）锅炉温度设定：

（４）水箱温度设定：

（５）保密功能设定；

（６）回差量设定。

另外还能对循环泵。补水泵进行手动操作。

正常情况下。主画面（如图２）显示水温和炉温，各泵运行状态．加热丝工作状态以及水箱和锅炉的水位状态。操作人员可以通过触摸键观测和修改其他参数．通过画面切换键系统可以回到正常显示状态；报警时（如图３），系统自动切换到显示报警信息画面，并使音箱报警，解除故障后，回到正常状态。此时可以通过主界面上的故障记录键显示故障时的报警信息．并随时打印。

图２主画面

３．系统软件设计

图３报警画面

１２２福建电脑２００６年第１０期

３．１软件模块介绍

本系统软件采用模块化方法设计．各模块及功能大致如下：（１）初始化模块。对所有使用到的中间继电器Ｍ，定时器Ｔ

和数据寄存器Ｄ进行初始化处理。对一些需要初值的参量赋值。

（２）温度采集模块。将温度模块采集到的数字量进行处理，

得到现场的温度值．

（３）增管，减管判断模块。通过与用户设定值的比较，判断

何时增减电热管及相关逻辑。

（４）电热管投切逻辑模块。根据增减电热管的判断结果和

目前电热管的运行状态．来决定哪一组电热管应该投入或切断。一般遵循的是”先投先切”的原则．尽量做到各组电热管的加热

时间一致。

（５）报警处理模块。处理各种报警信息。

（６）通讯模块。通过电话线与调制解调器的连接，实现程序的远程监控与维护．另外还能在报警故障是通过发送短信的方式．提醒维护人员，作到真正的自动化。

以上是对ＰＬＣ的模块设计．另外人机界面的设计大致就是

显示报警界面和现场各参数及状态的显示。

软件系统流程框图如４。

３．２系统的控温方法：

锅炉出水温度的调节

主要是通过电热管的状态

来实现。根据电热管是系统

的开关量输出．本课题采用

了分段控制方式。

分段控制方式的主体思想

是偏差控制．即当参数实际

采集值和用户设定值之间

存在偏差时．系统通过调节

某些量来减小偏差．直至实

际采集值等于用户设定值

为止。但在实际应用中．由

于系统误差的存在，实际采———瓦了訇甬丽孺疆广一集值不可能正好等于用户设定值，因此只要偏差存在，系统就产

生某些动作，如开启电加热丝，这样容易造成控制系统的振荡，外围设备频繁启停．简短其使用寿命，更可能引发事故。

因此．本课题引入了回差的概念．即给用户设定值一个可以接受的波动范围．在次范围内都可近似认为达到了用户要求。例如：

用户设定炉水温度为Ｔ．回差为ｈ，则：

，互＝丁＋乃

Ｌ＝丁一办

Ｔ１是炉水温度设定上限

他是炉水温度设定下限

锅炉在正常运行时．电加热丝状态根据用户炉水温度设定值．回差和炉水温度进行控制。以某一电加热丝为例：当炉水温度低于下限时。投入电热丝，迅速加热；当炉水温度高于上限，切断电加热丝：当炉水温度位于两者之间时，保持原来的状态。如此周而复．使炉水温度不断在回差范围内波动，为供热系统提供稳定的热源。

由于回差的引入．把温度控制范围分为了三段，因而增加了控制手段．提高了控制精度和准确度，电加热丝的开关不是在同一个温度点上．避免了频繁启停电热丝。

回差设定的大小．直接关系到电加热丝的启停的频繁度，因此有时为保护电加热丝．可在精度允许的范围内，适当加大回差。

４．结束语

本系统自投入试运行以来．基本能满足用户的要求，运行稳定可靠。其全中文操作界面直观友好，操作简便，图形按钮是用户操作方便。ＰＬＣ提供的标准通讯端口，可实现远程通讯与监控。楼宇系统可对每一台锅炉进行监控，各台锅炉之间也可进行联网通讯和监控．实现了全自动化运行和无人值守。

参考文献：

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－．卜一＋—＋－＋一—卜—＋—＋—＋－＋一＋—＋—＋－＋?＋－＋—＋－＋—＋—＋?十一＋—＋?＋－—卜－＋—＋－—卜—＋—＋－—卜——卜－＋—＋一＋—＋——卜－十?‘。卜－＋一＋。—＋．。＋—＋。—卜。１■一?—卜。’｝。（上接第３３页）

量处理提供源源不断的数据流。

ＶｅｃｔｏｒＩＲＡＭ把ＣＰＵ与ＤＲＡＭ芯片集成在一起．并对ＣＰＵ做了大幅度的简化设计．所以其体积和重量是相当小的。

５．结束语

对于主要面向多媒体和个人移动计算ＶｅｃｔｏｒＩＲＡＭ．其简单的标量ＣＰＵ的整数运算能力不如桌面工作站。而且由于集成的ＤＲＡＭ总量与交易处理和文件服务的要求相差较大。ＶｅｃｔｏｒＩ．ＲＡＭ无法与多处理器分布式共享内存系统相抗衡。所以，Ｖｅｃ．ｔｏｒＩＲＡＭ在传统的应用领域没有性能方面的优势。

但是．基于个人移动计算的多媒体处理的应用。是未来若干年计算的主要应用模式。应用需求推动计算机研究的发展。而ＶｅｃｔｏｒＩＲＡＭ的主要优势是：高存储器带宽、减少能源（减少片外总线高阻驱动）、管脚少，所以可以将更多的管脚用于Ｉ，ｏ（更高的Ｉ，ｏ带宽）、片上存储器，能将处理器一存储器时延减少５—１０倍．带宽增加５—２０倍。ＶｅｃｔｏｒＩＲＡＭ的这些优势正是未来多媒体处理和个人移动计算必备的基本要素，有很好的应用前景。

参考文献：

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基于PLC的高性能电热锅炉控制系统

作者：龚海舟， 林荣文， 贺志超

作者单位：福州大学电气工程与自动化学院,福建,福州,350002

刊名：

福建电脑

英文刊名：FUJIAN COMPUTER

年，卷(期)：2006，(10)

引用次数：0次

参考文献(5条)

1.王永华.陈建华基于S7-200 PLC的高性能电热锅炉控制系统[期刊论文]-仪表技术与传感器 2002(7)

2.易钰多功能绿色环保锅炉智能控制系统 2002

3.王富勇浅谈电热锅炉技术及其应用和发展[期刊论文]-电站辅机 2003(3)

4.刘玉柱浅谈电热锅炉技术 2002(7)

5.三菱FX系列编程手册

相似文献(1条)

1.期刊论文王永华.陈建华基于S7-200 PLC的高性能电热锅炉控制系统-仪表技术与传感器2002(7)

介绍了一种高性能的电热锅炉控制系统,对其系统功能、硬件系统配置和软件系统的设计进行了讨论.针对电热锅炉既要有价格优势,又要功能强、可靠性高的要求,本系统采用了PLC的扩展模块加价廉的文本显示设定单元的解决方案,并对它们的使用和功能的实现作了重点介绍.在软件设计中,分析了各模块的功能,给出了流程框图.针对电热锅炉不同的使用模式,提出了使用开关量逻辑和模拟量PI控制相结合的方法,来控制投入和退出的电热管数量,从而达到最优的控温效果.本文对电热锅炉控制系统的设计有较大的指导意义.

本文链接：https://www.wendangku.net/doc/a717644119.html,/Periodical_fjdn200610073.aspx

下载时间：2010年3月22日